Способ получения хлора и гидро-окиси натрия

Способ получения хлора и гидро-окиси натрия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к процессам получения хлора и гидроокиси натрия электролизом растворов хлорида натрия в электролизерах с ионообменной мембраной. С целью увеличения производительности и повышения эффективности процесса проводят электролиз при плотности тока 0,3-0,75 А/см,соотношении плотности тока и предельной концентрации хлоридов в анодной камере 150-350 А/см^экв/см , разности концентрацийхлорида натрия в анодной камере и? предельной.концентрации хлорида натрия в анодной камере ОтО,001 экв/см^, причем плотность тока и концентрацию хлорида натрия в анодной камере регулируют таким образом, чтобы величина выражения К(С-Сд)/ /KUt^ не превьшала 2,74;-10-'', где F - постоянная Фарадея, С - концентрация хлорида натрия в анодной камере, С ^ - предельная концентрация хлорида натрия в анодной камере, U - падение напряжения на мембране, t^ - число переноса ионов Na через мембрану, К - коэффициент пропорциональности в выражении d/D=KR, где d -.толщина мембраны, D - коэффициент диффузии хлорида натрия через мембрану, R - электрическое сопротивление мембраны . 4 ил ., 1 т .(ЛС«•ч5 СХ)00 4^ СО 00

Взамен ранее изданного.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„818493 ц114 С 25 В 1/46

«ы

««««««

Д " ji jf r

Olla CAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К flATEHTV

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 2379616/23-26 (22) 14,07 ° 76 (31) 85777/75 (32) 15.07.75 (33) JP (46) 15.09.87. Бюл. У 34 (71) Асахи Касеи Когио Кабусики Кайся (дР) (72) Маоми Секо, Синсаку Огава и Рейдзи Такемура (ХР) (53) 661.418.1(088.8) (56) Патент Франции У 2175173, кл. В 01 К, опублик. 19.10.73. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРА И ГИДРООКИСИ НАТРИЯ (57) Изобретение относится к процессам получения хлора и гидроокиси натрия электролизом растворов хлорида натрия в электролизерах с ионообменной мембраной. С целью увеличения производительности и повышения эффективности процесса проводят электЪ .г ролиз при плотности тока 0,3-0,75 А/см, соотношении плотности тока и предельной концентрации хлоридов в анодной камере 150-350 А/см /экв/см, разнос3 ти концентраций- хлорида натрия в анодной камере и предельной концентрации хлорида натрия в анодной камере 0-.0,001 экв/смЗ, причем плотность тока и концентрацию хлорида натрия в анодной камере регулируют таким образом, чтобы величина выражения F(C-С ) /

/KUt не превышала 2,74;.10 4, где F— постоянная Фарадея, С вЂ” концентрация хлорида натрия в анодной камере, С 0предельная концентрация хлорида натрия в анодной камере, U — падение напряжения на мембране, t„ — число переноса ионов Na через мембрану, К вЂ” коэффициент пропорциональности в выражении d.fD--KR, где d -.толщина мембраны, D — - коэффициент диффузии хлорида натрия через мембрану, R —электрическое сопротивление мембраны. 4 ил., 1 т.

818493

2,97 10

3,37 10

5,72.10

10,39.10

0,001

0 0025

0,004

Среднее

4,37 10

3,85 10

3,73 1О

50

Изобретение относится к процессам получения хлора и гидроокиси натрия электролизом растворов хлорида натрия в электролизерах с ионообменной мембраной.

Цель изобретения — увеличение производительности и повышение эффективности процесса.

На фиг. 1 изображен график напря- 10 жения на электролиэере в зависимости от плотности тока; на фиг. 2 — график потерь напряжения (Ом) электро-, литической ванны в зависимости от расстояния между электродами; на 15 фиг. 3 — график выхода по току в зависимости от концентрации хлорида натрия; на фиг. 4 — график W с Ж„он мсr в зависимости от (С-С,).

II p и м е р 1, Проводят процесс получения хлора и гидроокиси натрия в электролизере, в котором анод выполнен из титановой сетки, покрытой окислами рутения, титана или циркония, катод изготовлен из стальной сет.25 ки. Катодная и анодная камеры разделены составной катионообменной мемб- . раной, изготовленной наложением пленки сополимера тетрафторэтилена и перфторсульфонилвинилового эфира, имеющего эквивалентный вес 1500, на аналогичную плиту сополимера с эквивалентным весом 1100. Составная пленка укреплена на подложке политетрафторэтиленовой ткани, имеющей размер 35 ячеек 40 меш (40 отверстий на 2,54 см).

Осуществляют циркуляцию анолита и католита в течение 1 ч при отсутствии прохождения тока при трех различных фиксированных концентрациях хло- 40 рида — 1,0 N, 2,5 N и 4,0 N.

Измеряют количество хлористого натрия, которое мигрирует в катодную камеру, и разность концентраций хлористого натрия в анодной и катодной камере.

Определяют величину отношения

d/D, исходя из формулы

Г 1ыасе3о

D С-С г где (М е), — величина миграции хлористого натрия в отсутствие электрического тока; (С-С ) — разность концентраций

2 хлористого натрия в анодной и катодной камерах.

Полученные результаты сведены в таблицу.

Концентрация t W uасе i. с1/11 анолита, экв/с см экн см

Проводят процесс электролиза, применяя 4,0 н раствор хлористого натрия при различных плотностях тока

i=0,2, 0,3, 0,4 и 0,5 А -см г.

Измеряют напряжение ванны и строят график зависимости напряжения на электролизере Е от плотности тока

I/S (см. фиг. 1, линия а"). Точка

Е =2,5 В, экстраполированная относительно i=0 отображает напряжение электрода и Е-Е, — падение напряжения, вызванное мембраной и жидкостью.

В том же электролизере проводят процесс электролиза с использованием 4,0 н. раствора хлористого натрия и фиксированной плотности тока, равной 0,5 ..А см г. Производится измерение напряжения Е на электролизере при различном расстоянии 1 между электродами (см. фиг. 2, линия "а").

Точка Е=1,33 получена экстраполяцией для 1=0 и характеризует падение напряжения только на мембране. Сопро.тивление мембраны рассчитано на основании закона Ома

R= = - — =2 66 Ом-см г.

Е 133

0,5

Коэффициент пропорциональности

К рассчитан по формуле

K= --- =3 73.10 — -- =1 40.10 .

d. 1 ., 1

D R . 2,66

Продолжают электролиз в течение

10 ч при плотности тока 0 5 А-см при концентрации хлористого натрия в анодной камере, изменяемой от 1,0 н, l,5 н, 2,0 н, 2,5 н до 4,0 н. Выход по току вычисляют на основании увеличения содержания гидроокиси натрия во внешнем контейнере, подсоединенном з 818493 к катодному отсеку через трубопрово 1, ды для обеспечения циркуляции гидроокыси щелочного металла, Зависимость выхода по току от концентрации хлористого натрия показана на фиг. 3. Концентрация в точке, где существует резкий перегиб кривой, является предельной концентрацией.

Число переноса tN равно выходу по току, выраженному в десятичных величинах. Из фиг. 3, линия "а" видно, что число переноса составляет 0,78, а предельная концентрация С, составляет 1,76 N.

Подставляют полученные значения в уравнение

1"1 насе . (C-С ). и ОН . На

Графически эта зависимость показана на фиг.,4 линией "а".

Из этого графика видно, что если работу ведут при плотности тока

0,5 А см г, то величина выражения (С-С ) должна быть меньше 0,4 .10 8, а выражение --- †--(С-С )=д(С-С,) в

К-и 1;„ этом случае равно 1,?8 -10

Пример 2. Проводят процесс при плотности тока 0 5 А/см с ис30 пользованием 2,0 н, раствора хлористого натрия при (С-С,)=0,24 N.

Выход по току и содержание хлористого натрия в гидроокиси натрия вычисляют из количества образующейся гидроокиси натрия и концентрации хлористого натрия в водном растворе гидроокиси натрия.

Выход qo току составляет 78Х и кон-40 центрация хлористого натрия составляет 210 мг/л. Концентрация хлористого натрия выравнивалась приблизительно через 40 ч. Величина выражения д(С-С,) составила 1,59 10

Для сравнения проводят электролиз в тех же условиях, но с использованием 2,5 н. раствора, Разность концентраций (С-С,) составила 0,74 Е, а выражение Ы(С-С )=4,81 .10 4. При этом 50 концентрация хлористого натрия в получаемой гидроокиси натрия резко увеличивается и составляет 640 мг/л.

Пример 3. Проводят электролиз 55 при lIJIQTHocTH тока 0,75 А .см в течение 10 ч при различной концентрации хлорида натрия — 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 и 4,0 N в анодной камере.

Выход по току вычисляют, исходя из увеличения содержания гидроокнси натрия во внешнем контейнере.

Линия "s" на фиг. 3 показывает полученную зависимость выхода по току от концентрации хлорида натрия. Иэ графика видно, что С =0,78 и С„=

=2,7 N.

На фиг. 4 данному примеру соответствует линия "в". Иэ этого графика видно, что для получения гидроокиси натрия с содержанием хлористого натрия менее 400 мг/л при проведении электролиза с плотностью тока

0,75 А -см гнеобходимо поддерживать такую концентрацию хлористого натрия в анодной камере, чтобы разность концентраций (С-С ) была менее О, 6 х10 з экн-см . Для проверки проводили электролиз при плотности тока

0,75 А-см в течение 50 ч при концентрации хлорида натрия в анодной камере — 3 N. Разность концентраций

С-С составляет 0,3 N. Величина вью -ф ражения (С-С ) составила 1,33 ° 10

Получают гидроокись натрия с содержанием хлорида натрия 180 мг/л. Выход по току составил 78Х.

Для сравнения проводят электролиз в тех же условиях, но при поддержании концентрации хлористого натрия в анодной камере — 4,0 N и разность концентраций (С-С ) составляла 1,3 N.

Величина выражения a (C-С ) составля-4 о ла 5,32 ° 10 . При этом содержание хло" ристого натрия в получаемой гидроокиси натрия увеличивается и составляет 880 мг/л.

При проведении электролиза в тех же условиях, но при концентрации хлористого натрия в анодной камере

2,0 И, т.е, ниже предельной концентрации, выход по току падает и составляет 69Х.

Пример 4. Проводят электролиз в условиях примера 3, но при плотности тока 0,3 А cM . Результаты

-г испытаний представлены в виде линий

"с" на фиг. 3 и 4. Из графиков видно, что в этом случае t,„ =0,78 и Со=

=1,10.

Проводят испытание в течение 100 ч, проводя электролиз при плотности то.ка 0,3 А см г, и подцерживают концентрацию хлористого натрия в анодной ка- . мере 1,3 N. Разность концентраций

С-С составила 0 2 N. Величина вырао у ° жения o((C-СО)=2,21 .10 . В результате получают гидроокись натрия с содержаФормула изобретения

Способ получения хлора и гидроокиси натрия электролизом водного раствора хлористого натрия в электролизере с ионообменной мембраной, разделяющей внутреннее пространство электролизера на анодную и катодную камеры, включающий регулирование концентрации хлористого натрия в анодной камере, отличающийся то, с целью увеличения произвоности и повышения эффективносцесса, электролиз проводят при сти тока 0,3-0,75 А/см, соотнот плотности . тока и предельной трации хлористого натрия в ой камере 150-350 А/см /экв/см, з сти концентраций хлористого я в анодной камере и предельной трации хлористого натрия в анодамере.0-0,001 экв/см, причем ость тока и концентрацию хлориснатрия в анодной камере регулитаким образом, чтобы величина

F - (С-Co) ения — —,— — о- не превышала 2,74»

К Ы.t тем, ч

При проведении электролиза в тех же условиях, но при концентрации хлористого натрия в аноднои камере, N

0,6 15 ти ПРО выход по току составил 56Х. шении

Аналогичные испытания были провеконцен дены с различными типами мембран. Реанодн зультаты испытаний представлены на разно графиках.

I I 11 натри . Линии d на чертежах соответствуконцен ют проведению испытаний с мембраной,11 ной к полученной наложением пленки сополиплотн мера толщиной 0,0381 мм с эквивалент25 ТОГО ным весом 1500 на пленку сополимера руют толщиной 0,1016 мм с эквивалентным весом 1100 и снабженной подложкой из . выраж тефлона. Испытание проводили при -4 плотности тока 0,5 А см .

11 11 где Р

Линии е на чертежах соответству- ""

С ют проведению испытаний с мембраной из того же сополимера, но толщина пленки сополимера с эквивалентным весом 1500 составляла 0,0254 мм. Испытания также проводились при плотнос- 35 ти тока 0,5 А .см

-г

Линии "f" соответствуют проведет нию испытаний с мембраной, одна из сторон ко1орой имеет карбоновые группы. .толщина слоя мембраны, содер- 40 жащего группы сульфоновой кислоты, составляла 0,167 мм и толщина слоя, содержащего группы карбоновой кислоты, составляла 0,0102 мм.

Испытания проводились при плот- 45 R ности тока 0,6 А см г. где d

5 818493 нием хлористого натрия 250 мг/л. Выход по току составил 787. При проведении электролиза при той же плотности тока, но при концентрации хло5 ристого натрия в анодной камере 2,0 И, когда разность концентраций (С-С ) составляет 0,90 N, а величина выражения о((С-С )=10,11.10 4, получали гидроокись натрия с содержанием хло- 10 рида натрия 1430 мг/л. постоянная Фарадея; концентрация хлористого натрия в анодной камере; предельная концентрация хлористого натрия в анодной камере; падение напряжения на мембране; число переноса ионов Иа через мембрану; коэффициент пропорциональd ности в выражении — =K R р Э толщина мембраны, коэффициент диффузии хлористого натрия через мембрану;. электрическое сопротивление мембраны.

818493 с/мФ(с Ч

z J

Фиг. J м

4 ФЮ ъ

В . ф ь фИ

С-Со (эн6/еи Ц юг Ф

Составитель Е.Потапова

Техред М. Ходанич

Редактор П.Горькова

Корректор Н.Король

Заказ 4152

Тираж 612 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4